大粒徑磺酸基固相萃取填料的制備及其對(duì)弱堿性非法添加物的吸附性能評(píng)價(jià)

李爽,文湘郡,滕鑫,丁星宇,李壹,熊曉輝

(南京工業(yè)大學(xué) 食品與輕工學(xué)院,江蘇 南京,211816)

β-受體激動(dòng)劑,俗稱瘦肉精,包括鹽酸克侖特羅、特布他林、沙丁胺醇、萊克多巴胺等在內(nèi)的十幾種化合物[1-2]。將此類藥物添加在動(dòng)物飼料或飲水中能有效促進(jìn)禽畜生長,提高胴體瘦肉率[3],但其殘留物被人體過量攝入后,會(huì)出現(xiàn)胸悶、頭痛、四肢麻木等諸多不良反應(yīng),長期食用還可誘發(fā)惡性腫瘤[2-4],因此我國農(nóng)業(yè)部第176號(hào)公告已經(jīng)明令禁止在飼料和動(dòng)物飲用水中使用β-受體激動(dòng)劑。三聚氰胺,是一種三嗪類含氮雜環(huán)有機(jī)化合物,化學(xué)式為C3N3(NH2)3,被廣泛用作化工原料,不可被添加到食品當(dāng)中[5],但因其較高的氮含量(66%左右),被一部分不法商販惡意添加進(jìn)奶制品中冒充蛋白質(zhì)[6-7]。這些食品安全問題受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注,而如何高效快速地檢測出食品中可能存在的有害物質(zhì)也成為研究的熱點(diǎn)。

目前常用于β-受體激動(dòng)劑和三聚氰胺的檢測方法主要有液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法[8-9]、氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法[10-11]、拉曼光譜法[12-13]、免疫分析法[14-15]等。目前液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法是在定量檢測β-受體激動(dòng)劑和三聚氰胺中應(yīng)用最廣泛的方法。但由于食品樣品基質(zhì)的復(fù)雜性,往往使得直接測定樣品中微量、痕量污染物較為困難,不僅準(zhǔn)確度難以達(dá)到要求,對(duì)于儀器的損害也較大[16-17]。因此,在用儀器對(duì)樣品進(jìn)行檢測之前的前處理過程就顯得格外重要[18]。固相萃取技術(shù)(solid phase extraction,SPE)以其高效、便捷和實(shí)用等眾多優(yōu)點(diǎn),在樣品前處理方式中占據(jù)了重要的位置[19-21]。

隨著檢測分析行業(yè)對(duì)固相萃取的使用需求不斷增加,固相萃取填料呈現(xiàn)多元化發(fā)展,其中以聚苯乙烯(polystyrene,PS)為代表的有機(jī)高分子聚合物基質(zhì)固相萃取填料,因其比表面積大、表面反應(yīng)力強(qiáng)、吸附能力強(qiáng)及性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)[22-23],自出現(xiàn)以來就倍受分析者們的青睞。已有的磺酸基陽離子固相萃取填料大多采用濃硫酸磺化聚苯乙烯的方法,LI等[24]在用均勻的磺化聚苯乙烯微球作為模板制備可生物降解的殼聚糖中空微球時(shí)發(fā)現(xiàn),用濃硫酸作為磺化劑,PS表面的磺酸基經(jīng)過20 h的反應(yīng)才飽和。WENG等[25]發(fā)現(xiàn)以濃硫酸為磺化劑的反應(yīng),需過量的硫酸才能反應(yīng)完全。該方法耗費(fèi)反應(yīng)試劑,通常需要過量硫酸才能與聚苯乙烯反應(yīng)完全[26],反應(yīng)時(shí)間較長,反應(yīng)溫度較高；且填料粒徑多在60～100 μm,進(jìn)行固相萃取時(shí)耗時(shí)長,經(jīng)常因樣品基質(zhì)黏稠堵塞柱管。本研究以聚苯乙烯微球?yàn)榛|(zhì),以氯磺酸為磺化劑對(duì)其表面進(jìn)行磺化修飾,得到磺酸基陽離子固相萃取填料,即磺化的聚苯乙烯(sulfonated polystyrene,SPS),并對(duì)填料的粒徑、磺酸基擔(dān)載量進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)合高效液相色譜聯(lián)用質(zhì)譜法,用β-受體激動(dòng)劑和三聚氰胺評(píng)價(jià)其吸附性能,對(duì)其在實(shí)際樣品中的應(yīng)用能力進(jìn)行評(píng)價(jià),并結(jié)合Miscellaneous設(shè)計(jì)和響應(yīng)面法,找到應(yīng)用于實(shí)際樣品時(shí),滿足檢測要求的材料最佳擔(dān)載量。本研究對(duì)制備大粒徑磺酸基陽離子固相萃取填料時(shí)節(jié)約試劑用量、節(jié)省反應(yīng)時(shí)間、降低反應(yīng)溫度,前處理時(shí)有效縮短固相萃取時(shí)間等方面具有重要實(shí)際意義。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

Pure掃描電子顯微鏡,荷蘭Phenom公司；Vario ELcube元素分析儀,德國Elemental公司；Mastersizer 3000超高速智能粒度分析儀,英國Malvern公司；Nicolet IS5傅立葉紅外光譜儀、UItiMate3000高效液相色譜-TSQ Quantum Access MAX三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用儀,美國Thermo Fisher公司。

PS微球(平均粒徑：170 μm),南京麥科菲高效分離載體有限公司；PS微球(平均粒徑：40 μm),無錫知益微球科技有限公司；空固相萃取柱(規(guī)格：3 cc/60 mg),深圳逗點(diǎn)生物技術(shù)有限公司；鹽酸克侖特羅、萊克多巴胺、沙丁胺醇、克侖特羅-D9、萊克多巴胺-D6、沙丁胺醇-D3、三聚氰胺標(biāo)準(zhǔn)品,壇墨質(zhì)檢國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心；甲醇和甲酸(色譜純),美國Sigma-Aldrich公司；氯磺酸、四氯化碳(CCl4)、乙醇、四氫呋喃(均為分析純),國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

3種β-受體激動(dòng)劑及其同位素內(nèi)標(biāo)分別用甲醇配制成100 μg/mL的單標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)貯備液,-18 ℃避光保存；分別吸取適量的單標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)貯備液,用甲醇逐級(jí)稀釋成1 μg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)液,-18 ℃避光保存。三聚氰胺標(biāo)準(zhǔn)品用甲醇配制成1 μg/mL的單標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)貯備液,-18 ℃避光保存。

1.2 SPS的制備

采用超純水、乙醇和四氫呋喃洗滌PS微球,以除去PS表面的懸浮劑、單體和低分子物質(zhì),然后用乙醇洗滌5次,并真空干燥至恒重。將干燥的PS-DVB微球(2 g)添加到四頸燒瓶中,用CCl4(20 mL)溶脹3 h后,邊攪拌邊加入一定量的氯磺酸。在一定溫度下反應(yīng)結(jié)束后,將材料依次用乙醇和超純水洗濾至中性,然后在水中浸泡過夜。次日,將材料用水洗濾至中性,用乙醇洗濾5次,并真空干燥24 h。

1.3 SPS的表征

使用Phenom Pure掃描電子顯微鏡觀察微球形貌；采用溴化鉀壓片法制片,使用紅外光譜儀測定微球表面官能團(tuán)性質(zhì)；使用Mastersizer 3000超高速智能粒度分析儀表征粒徑分布。硫含量分析采用氧瓶燃燒、硫酸鋇電位滴定法進(jìn)行。根據(jù)公式(1)、公式(2)分別計(jì)算微球的擔(dān)載量和磺化度：

(1)

(2)

式中：LA,擔(dān)載量,mmol/g；X,硫元素質(zhì)量百分比；MS,硫元素摩爾質(zhì)量,g/mol；DS,磺化度,%；MPS,苯乙烯摩爾質(zhì)量,g/mol；WSPS,磺化后SPS微球的質(zhì)量,g；WPS,磺化前PS微球的質(zhì)量,g。

1.4 固相萃取小柱的制備

在3 mL針筒型聚丙烯空柱管底部填入篩板,稱取60 mg填料填入柱中,適度振實(shí)、振平后,填料上端由篩板封住,用配套的裝柱推桿壓實(shí),得到固相萃取柱。

1.5 不同PS微球制備固相萃取柱

分別選取2種粒徑不同PS微球,其平均粒徑分別為170和40 μm,比較其磺化的難易程度,并按1.2節(jié)和1.4節(jié)方法制備固相萃取柱,比較其對(duì)3種β-受體激動(dòng)劑和三聚氰胺的動(dòng)態(tài)吸附能力。

1.6 樣品處理

β-受體激動(dòng)劑的樣品處理方法按照GB/T 22286—2008《動(dòng)物源性食品中多種β-受體激動(dòng)劑殘留量的測定 液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法》[27]進(jìn)行。三聚氰胺樣品參照GB/T 22388—2008《原料乳與乳制品中三聚氰胺檢測方法》[28]中第二法的方法進(jìn)行前處理。

1.7 儀器條件

1.7.1 分析β-受體激動(dòng)劑儀器條件

色譜條件：色譜柱為Kinetex LC Column C18(100 mm×2.1 mm,2.6 μm)；柱溫30 ℃；進(jìn)樣體積10 μL；流動(dòng)相A為0.1%甲酸水,流動(dòng)相B為乙腈；梯度程序如下：0～1 min,97% A；1～3.5 min,97%～70% A；3.5～4.5 min,70% A；4.5～6.4 min,70%～25% A；6.4～6.5 min,25%～5% A；6.5～8.2 min,5% A；8.2～8.3 min,5%～97% A；8.3～10 min,97% A。流動(dòng)相的流速設(shè)置為0.4 mL/min。

質(zhì)譜條件：電噴霧離子源正離子電離(ESI+),電噴霧離子源溫度500 ℃,毛細(xì)管電壓5 500 V,霧化器流量為55 L/min。3種β-受體激動(dòng)劑在多反應(yīng)監(jiān)測模式下的質(zhì)譜檢測參數(shù)見表1。

表1 三種β-受體激動(dòng)劑的串聯(lián)質(zhì)譜檢測參數(shù)Table 1 Tandem mass spectrometry detection parameters of three β-receptor agonists

1.7.2 分析三聚氰胺儀器條件

色譜條件：色譜柱為Thermo AccucoreTMHILIC(100 mm×2.1 mm,2.6 μm)；柱溫40 ℃；進(jìn)樣體積10 μL；流動(dòng)相A為2 mmol/L甲酸銨水溶液,流動(dòng)相B為乙腈；梯度程序如下：0～2 min,10% A；2～4 min,10%～50% A；4～5 min,50% A；5～5.2 min,50%～10% A；5.2～7 min,10% A。流動(dòng)相的流速設(shè)置為0.4 mL/min。

質(zhì)譜條件：電噴霧離子源正離子電離(ESI+),定量離子：127.1>85.2,定性離子：127.1>68.4；毛細(xì)管電壓3 500 V,離子源溫度350 ℃,霧化器溫度300 ℃；裂解電壓77 V；定量離子的碰撞能量為17 V,定性離子的碰撞能量28 V。

1.8 填料最佳擔(dān)載量的選擇

1.8.1 β-受體激動(dòng)劑的最佳擔(dān)載量選擇

應(yīng)用Miscellaneous設(shè)計(jì)和響應(yīng)面法研究2個(gè)自變量填料擔(dān)載量和加標(biāo)濃度對(duì)3種β-受體激動(dòng)劑回收率的影響,運(yùn)用Design-Expert V8.0.6.1軟件設(shè)計(jì)方案,建立回歸模型,通過計(jì)算得到應(yīng)用于實(shí)際豬肉樣品時(shí),滿足檢測要求應(yīng)選擇的材料最佳擔(dān)載量。1水平擔(dān)載量數(shù)值選用實(shí)驗(yàn)制備所得最高擔(dān)載量(表2、表3)。根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整,170 μm填料的擔(dān)載量選用0、1.39、3.05 mmol/g；40 μm填料的擔(dān)載量選用0、0.86、2.24 mmol/g。

表2 170 mm SPS應(yīng)用于β-受體激動(dòng)劑的Miscellaneous 試驗(yàn)因素水平表Table 2 Levels and factors designed for 170 mm SPS fillers applied to β-receptor agonists Miscellaneous

表3 40 mm SPS應(yīng)用于β-受體激動(dòng)劑的Miscellaneous 試驗(yàn)因素水平表Table 3 Levels and factors designed for 40 mm SPS fillers applied to β-receptor agonists Miscellaneous

1.8.2 三聚氰胺的最佳擔(dān)載量選擇

方法同1.8.1節(jié),試驗(yàn)因素水平如表4、表5所示。

表4 170 mm SPS應(yīng)用于三聚氰胺的Miscellaneous 試驗(yàn)因素水平表Table 4 Levels and factors designed for 170 mm SPS fillers applied to melamine Miscellaneous

表5 40 mm SPS應(yīng)用于三聚氰胺的Miscellaneous 試驗(yàn)因素水平表Table 5 Levels and factors designed for 40 mm SPS fillers applied to melamine Miscellaneous

2 結(jié)果與討論

2.1 微球的表征

2.1.1 SEM表征

使用掃描電子顯微鏡觀察材料的形貌。如圖1所示,改性后的SPS與PS對(duì)比,微球仍然保持良好的單分散性和球形度,形態(tài)無明顯變化。從圖1-a(1 300×、2 300×)系列可以看出,改性后的微球表面出現(xiàn)了大量凸起的顆粒物,這是由于磺酸基成功修飾到苯環(huán)上導(dǎo)致的。

a-170 μm的微球；b-40 μm的微球圖1 PS和SPS的SEM表征圖Fig.1 SEM of PS and SPS

2.1.2 紅外光譜表征

通過紅外光譜對(duì)獲得的產(chǎn)物進(jìn)行表征。由圖2可知,與PS相比,SPS多出3個(gè)新峰:1個(gè)寬峰位于3 400 cm-1處,這歸因于被磺酸基團(tuán)吸附的水分子的振動(dòng)；位于1 168和1 034 cm-1處的2個(gè)峰,可以歸因于C—S鍵,表明產(chǎn)物的苯環(huán)上引入了磺酸基團(tuán)；苯環(huán)C—H在1 715 cm-1處的吸收峰得到增強(qiáng),并且隨著磺化度的增加,它成為一個(gè)寬而強(qiáng)的吸收帶[29]。

圖2 PS和SPS的紅外光譜Fig.2 FTIR spectra of PS and SPS

2.1.3 粒徑分布

通過表征微球的粒徑(圖3),可以獲得磺化前后微球的單分散性和粒徑變化。PS微球在磺化處理之前具有良好的分散性,并且在用2種磺化劑處理后,粒徑均略有增加,單分散性變得更好,這是由于苯環(huán)上成功接枝磺酸基導(dǎo)致的。

a-170 μm的PS,SPS；b-40 μm的PS,SPS圖3 PS和SPS的Malvern Mastersizer粒徑分布圖Fig.3 Malvern Mastersizer droplet size distribution of PS and SPS

2.1.4 產(chǎn)物的元素分析

通過元素分析確定了SPS微球的元素組成,改性處理后,出現(xiàn)了大量PS微球元素組成中不存在的硫元素。使用元素分析結(jié)果,根據(jù)1.3節(jié)計(jì)算微球的擔(dān)載量,判定以下反應(yīng)條件的優(yōu)化。

2.1.5 擔(dān)載量的優(yōu)化控制

2.1.5.1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)擔(dān)載量的影響

在25 ℃、PS微球與氯磺酸摩爾比為1∶1的條件下進(jìn)行機(jī)械攪拌反應(yīng),探究擔(dān)載量與磺化時(shí)間之間的關(guān)系。結(jié)果如圖4所示,磺化反應(yīng)速度非常快,隨著反應(yīng)時(shí)間的增加,擔(dān)載量迅速增大,170 μm微球反應(yīng)5 min即可達(dá)到3.05 mmol/g的擔(dān)載量。5 min后,擔(dān)載量隨反應(yīng)時(shí)間的延長變化不大。反應(yīng)條件相同時(shí),170 μm PS比40 μm PS更容易被氯磺酸改性。

圖4 SPS微球擔(dān)載量隨時(shí)間的變化圖Fig.4 The chang of loading capacity of SPS microspheres with reaction time

2.1.5.2 PS載體磺酸基擔(dān)載量的可控性

在25 ℃條件下反應(yīng)5 min,通過改變氯磺酸與PS微球的摩爾比,研究氯磺酸用量對(duì)PS載體擔(dān)載量的影響,結(jié)果見圖5。擔(dān)載量隨氯磺酸用量的增加而增大,并且呈近似線性關(guān)系(170 μm SPS：y=3.15x+0.08,R2=0.968 0；40 μm SPS：y=2.47x-0.28,R2=0.986 9)。將擔(dān)載量按照1.3節(jié)公式(2)換算成磺化度,則磺化度與氯磺酸用量也呈近似線性關(guān)系。由圖5-b可知,已得到的微球最大擔(dān)載量3.05 mmol/g，對(duì)應(yīng)的磺化度為39.56%,如果氯磺酸含量持續(xù)增加,理論上磺化度接近100%時(shí)將不再增大,對(duì)應(yīng)的PS載體擔(dān)載量此時(shí)會(huì)出現(xiàn)峰值。反應(yīng)條件相同時(shí),170 μm SPS比40 μm SPS擔(dān)載量更高,170 μm的PS更容易被氯磺酸改性?？梢?氯磺酸的磺化具有良好的規(guī)律性,可以根據(jù)需要,通過控制氯磺酸的用量制備出不同磺化程度的磺化聚苯乙烯微球。

圖5 氯磺酸用量對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響Fig.5 Effect of sulfonating agent amount on reaction注:圖中n為摩爾

2.1.6 材料的動(dòng)態(tài)吸附能力

2.1.6.1 170 μm SPS填料的最佳擔(dān)載量

按照1.6節(jié)的實(shí)驗(yàn)方法,依照實(shí)驗(yàn)因素水平表2、表4分別進(jìn)行13次試驗(yàn),以回收率為指標(biāo),各因素組合下3種β-受體激動(dòng)劑及三聚氰胺回收率的結(jié)果分別如表6、表7所示。

(1)回歸方程與方差分析

以克侖特羅、萊克多巴胺、沙丁胺醇、三聚氰胺回收率為響應(yīng)值建立的二次回歸方程分別如公式(3)、(4)、(5)、(6)所示：

表6 β-受體激動(dòng)劑的Miscellaneous試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與結(jié)果Table 6 Experimental design and results by Miscellaneous of β-agonists

表7 三聚氰胺的Miscellaneous試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與結(jié)果Table 7 Experimental design and results by Miscellaneous of melamine

Y1=-0.22+93.83A+0.08B+0.36AB-21.25A2+0.13B2

(3)

Y2=5.19+96.86A-14.19B+3.15AB-21.64A2+7.72B2

(4)

Y3=4.64+102.91A-12.85B+0.74AB-23.43A2+7.03B2

(5)

Y4=-6.32+30.47A+272.83B

(6)

方差分析表明：所得的回歸方程顯著程度非常高,Y1、Y2、Y3、Y4模型的F值分別為4 957.65、1 204.8、587.84、635.73,Y1、Y2、Y3的P值均<0.05,Y4的P值<0.000 1,表明該模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Y1、Y2、Y3、Y4的相關(guān)系數(shù)R2值分別為0.999 7、0.998 8、0.997 6、0.992 2,說明實(shí)測值與預(yù)測值擬合程度良好。失擬項(xiàng)值分別為0.373 2、0.339 6、0.075 5、0.668 1,均大于0.05,無失擬因素存在。因此該模型可以用于分析各因素對(duì)于3種β-受體激動(dòng)劑及三聚氰胺回收率的影響,并優(yōu)化預(yù)測滿足檢測條件的最佳擔(dān)載量。

Y1、Y2、Y3、Y4模型中因素A(擔(dān)載量)的P值均<0.000 1,因素B(加標(biāo)濃度)的P值分別為0.278 1、0.008 2、0.349 3、0.059 5,因此,可得出各單因素對(duì)3種β-受體激動(dòng)劑及三聚氰胺回收率影響的順序?yàn)椋篈(擔(dān)載量)>B(加標(biāo)濃度)。

(2)各因素的交互作用分析

回歸方程模擬二因素對(duì)3種β-受體激動(dòng)劑及三聚氰胺的回收率影響見圖6。

圖6 170 μm SPS填料的Y=(A,B)的響應(yīng)曲面圖Fig.6 Responsive surface plot of Y=(A,B) for 170 μm SPS fillers

通過對(duì)三維響應(yīng)曲面圖的分析,可以更加直觀地找出不同的變量因素制成的小柱對(duì)于3種β-受體激動(dòng)劑回收率的影響。在圖6中,曲面的高度越高,顏色越深,則代表著回收率越好。其中Y4的響應(yīng)曲面較為平整,說明因素?fù)?dān)載量與加標(biāo)濃度之間無交互作用?？梢钥闯?加標(biāo)濃度對(duì)3種β-受體激動(dòng)劑及三聚氰胺的回收率的影響甚微；而固相萃取填料的擔(dān)載量對(duì)回收率起著重要的作用。隨著填料擔(dān)載量的增加,3種β-受體激動(dòng)劑和三聚氰胺的回收率均逐漸增大,在1 mmol/g左右時(shí),3種β-受體激動(dòng)劑的回收率已達(dá)到80%,在2.7 mmol/g左右時(shí)三聚氰胺的回收率達(dá)到80%,已基本滿足檢測的要求,隨后擔(dān)載量繼續(xù)增加,回收率變化不再明顯。

(3)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為使3種β-受體激動(dòng)劑的回收率均在80%～120%,目標(biāo)值接近100%,利用本模型得出最佳擔(dān)載量為1.38 mmol/g。此條件下,加標(biāo)濃度為0.5 μg/kg時(shí),模型對(duì)克侖特羅、萊克多巴胺、沙丁胺醇的回收率的預(yù)測值分別為89%、95%、98%。為了驗(yàn)證本模型預(yù)測值的準(zhǔn)確性,進(jìn)行回歸模型的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)際制備得到的填料進(jìn)行調(diào)整,選用擔(dān)載量為1.39 mmol/g的SPS填料裝柱,進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn),取平均值。實(shí)際測得克侖特羅、萊克多巴胺、沙丁胺醇的回收率分別為88%、97%、97%,與預(yù)測結(jié)果接近,說明優(yōu)化結(jié)果可信,對(duì)確定最佳擔(dān)載量有實(shí)際指導(dǎo)作用。

為使三聚氰胺的回收率在80%～120%,目標(biāo)值接近100%,利用模型得出最佳擔(dān)載量為3 mmol/g。此條件下,加標(biāo)濃度為0.01 mg/kg時(shí),模型對(duì)三聚氰胺的回收率的預(yù)測值為87%。根據(jù)實(shí)際制備得到的填料進(jìn)行調(diào)整,選用擔(dān)載量為3.05 mmol/g的SPS填料裝柱,進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn),取平均值。實(shí)際測得三聚氰胺的回收率為88%,誤差較小,說明優(yōu)化結(jié)果可信,對(duì)確定最佳擔(dān)載量有實(shí)際指導(dǎo)作用。

2.1.6.2 40 μm SPS填料的最佳擔(dān)載量

實(shí)驗(yàn)及分析方法同2.1.6.1。為使3種β-受體激動(dòng)劑的回收率均在80%～120%,目標(biāo)值接近100%,利用本模型得出最佳擔(dān)載量為0.81 mmol/g。此條件下,加標(biāo)濃度為0.5 μg/kg時(shí),實(shí)際測得克侖特羅、萊克多巴胺、沙丁胺醇的平均回收率分別為87%、82%、81%。為使三聚氰胺的回收率在80%～120%,目標(biāo)值接近100%,利用模型得出最佳擔(dān)載量為2 mmol/g。根據(jù)實(shí)際制備得到的填料進(jìn)行調(diào)整,選用擔(dān)載量為2.24 mmol/g的SPS填料裝柱,此條件下,加標(biāo)濃度為0.01 mg/kg時(shí),實(shí)際測得三聚氰胺的回收率為83%,與預(yù)測值之間誤差較小,說明優(yōu)化結(jié)果可信,對(duì)確定最佳擔(dān)載量有實(shí)際指導(dǎo)作用。

2.1.7 應(yīng)用性能評(píng)價(jià)

將制備的填料的動(dòng)態(tài)吸附能力與同類型Waters Oasis?MCX和安譜(CNW)MCX填料進(jìn)行了比較,以提取豬肉中的β-受體激動(dòng)劑和奶粉中的三聚氰胺。根據(jù)2.1.6的結(jié)果,在相同條件下,使用最佳擔(dān)載量的填料對(duì)0.5 μg/kg加標(biāo)豬肉樣品進(jìn)行SPE吸附,170 μm的填料的擔(dān)載量選用1.39 mmol/g,40 μm的填料的擔(dān)載量選用0.86 mmol/g。使用填料對(duì)0.01 mg/kg加標(biāo)奶粉樣品進(jìn)行SPE吸附時(shí),170 μm的填料的擔(dān)載量選用3.05 mmol/g,40 μm的填料的擔(dān)載量選用2.24 mmol/g。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖7,結(jié)果表明,自制的填料性能均達(dá)到國際水平,對(duì)3種β-受體激動(dòng)劑的回收率為81%～97%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差(relative standard deviation,RSD)為3.22%～8.98%。對(duì)三聚氰胺的回收率為82%～88%,RSD在2.45%～2.97%。從RSD結(jié)果可以看出,自制的材料在3個(gè)平行實(shí)驗(yàn)中具有良好的平行性。其中,沙丁胺醇的提取平行性甚至優(yōu)于CNW小柱。因此,本實(shí)驗(yàn)制備的SPS填料適合豬肉中3種β-受體激動(dòng)劑藥物和奶粉中三聚氰胺的富集和純化,可以推廣使用。Waters Oasis?MCX填料的平均粒徑為60 μm,安譜(CNW)MCX填料的平均粒徑為100 μm,2種商品化填料以及自制的40 μm填料在前處理實(shí)際樣品時(shí)均因?yàn)榱捷^小容易產(chǎn)生堵塞柱管、過柱時(shí)間長等問題,而本實(shí)驗(yàn)制備的170 μm填料則避免了這些問題,具有樣品溶液過柱流暢、縮短固相萃取時(shí)間的優(yōu)勢。

圖7 自制填料與MCX填料的比較Fig.7 Comparison of the self-synthetic sorbents with MCX sorbents

3 結(jié)論

本研究制備了擔(dān)載量可控的磺酸基陽離子固相萃取填料(磺化聚苯乙烯),并將其應(yīng)用于β-受體激動(dòng)劑和三聚氰胺的檢測分析當(dāng)中。以PS微球?yàn)檩d體材料,以氯磺酸為磺化劑,制備了磺化聚苯乙烯微球,并對(duì)其粒徑和擔(dān)載量進(jìn)行優(yōu)化。通過控制磺化劑用量,可實(shí)現(xiàn)在0～3.5 mmol/g內(nèi)磺酸基擔(dān)載量定量化可控。已有的磺酸基陽離子固相萃取填料大多采用傳統(tǒng)的濃硫酸法進(jìn)行磺化反應(yīng),且填料的粒徑在60～100 μm,合成時(shí)間長、成本高,應(yīng)用于前處理時(shí)易堵塞小柱,固相萃取時(shí)間長。本研究為填料的制備提供了一種新的思路,即使用氯磺酸作為磺化劑,制備更大粒徑(170 μm)的填料。采用該方法制備填料,大粒徑微球更易被磺酸基改性,且反應(yīng)溫度低,磺化劑用量少,反應(yīng)時(shí)間短,產(chǎn)品性能質(zhì)量可控,成本大大降低；在滿足檢測要求的條件下,前處理過程中使用該填料,不易堵塞小柱,能夠縮短固相萃取時(shí)間。結(jié)合響應(yīng)面軟件,得到滿足檢測條件的填料最佳擔(dān)載量。分析豬肉樣品中β-受體激動(dòng)劑時(shí),170 μm的填料的擔(dān)載量選用1.39 mmol/g；分析奶粉樣品中三聚氰胺時(shí),170 μm的填料的擔(dān)載量選用3.05 mmol/g。本研究制備的最佳擔(dān)載量填料對(duì)3種β-受體激動(dòng)劑的回收率為88%～97%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為5.23%～8.99%；對(duì)三聚氰胺的回收率為88%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.97%。填料性能滿足痕量檢測的要求,可應(yīng)用于實(shí)際食品樣品中β-受體激動(dòng)劑和三聚氰胺的濃縮富集。